针对现有的载重铁路、桥梁难以满足交通需求。基于空间振动计算模型的货运train-track-bridge (FTTB)系统,FTTB空间振动模型条件下的辅助建立梁钢筋。此外,根据列车脱轨能量随机分析方法,提出辅助梁钢筋的评价方法是基于安全性和动态响应,用于讨论火车安全,FTTB系统振动响应的变化规律。结果表明,FTTB的脱轨阻力系统辅助钢梁加固后增加了22.6%。与以前相比(115.56公里/小时)的速度,速度为132.73公里/小时后辅助梁钢筋;同时,容许极限速度从92.49公里/小时提高到106.18公里/小时。此外,辅助的加固钢梁不仅可以有效地减少FTTB系统的横向振动响应的作用下空马车,也有效地减少FTTB的垂直振动响应系统加载作用下的马车,可满足稳定要求运行在90 km / h的速度。总之,辅助钢梁的加固可以提高列车的运行安全,降低FTTB系统的振动响应,满足操作需求的稳定性。
桥梁是载重铁路基础设施以及安全行车的重要保障。简支混凝土t形梁的桥是一种常见的桥式载重铁路在中国(
针对交通安全问题造成的现有桥梁的承载力和刚度不足,国内外学者进行了一系列的强化研究桥梁结构并提出了相应的加固措施(
本文基于空间振动计算模型的货运列车轨道桥系统(FTTB系统)(
FTTB系统是一个集成的系统,包含货运火车,轨道,和桥梁。车轮轨道的连接条件相对位移(
在公式(
有一个火车运行在载重铁路大桥是由1机车+<我talic>
米我talic>货车在特定的时间。它假定机车和货车被离散成多体与26自由度车辆单位。每个车辆单元以一个恒定的速度移动,车体和转向架前后,左右对称。车辆单元的位移模式如表所示
车辆单元位移模式。
| 位移模式 |
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卷 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 车身 | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
| 前转向架 | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
| 后转向架 | √ | √ | √ | √ | √ | √ |
| 每轮副 | - - - - - - | √ | √ | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - |
根据上面的位移模式,空间振动势能<我nline-formula>
同时,沿着梁跨度方向载重铁路,每个相邻隔膜分为梁段元素。通过这种方式,梁有效长度<我talic>
l我talic>可分为<我talic>
N我talic>梁段元素。每个梁单元由铁路、紧固件、卧铺、压载、t形梁。铁路、睡眠和t形梁由梁单元模拟,紧固件和镇流器由线性弹簧和粘性阻尼器模拟。横向和纵向弹性系数<我talic>
K我talic>1,<我talic>
K我talic>2,<我talic>
K我talic>4,<我talic>
K我talic>5,<我talic>
K我talic>6,<我talic>
K我talic>7;横向和纵向阻尼系数<我talic>
C我talic>1,<我talic>
C我talic>2,<我talic>
C我talic>4,<我talic>
C我talic>5,<我talic>
C我talic>6,<我talic>
C我talic>7。假定桥墩的顶部的位移等于结束时梁,码头由梁单元模拟,与地面直接合并不考虑桩基础的效果。根据码头和部分的数量特征,码头分为1元素。因此,跟踪桥系统的空间振动计算模型形成,如图
系统空间振动模型的轨道和桥梁。(一)主要观点。(b)侧视图。
基于上述假设,每个梁单元离散成有限元模型和50个自由度,和元素的节点位移方程所示(
在公式(
根据元素的节点位移方程(
此外,通过实现上述货运列车空间叠加振动势能和track-bridge系统空间振动势能,总FTTB系统的空间振动势能可以见以下方程:
根据的原则常数值的弹性系统动力学总势能
使用“设置在正确的位置”规则(
在公式(
辅助梁钢筋一般通过两种方式实现(
构造图的辅助钢梁。
根据辅助钢梁在图的特点
结构的应力-应变关系所示以下方程:
根据强度等效的原则组件,组件的等效计算公式的力量可以见以下方程:
在公式(
同样,根据组件的等效抗弯刚度的原理,列出的等效抗弯刚度计算公式可以见以下方程:
在公式(
根据上述原则,辅助钢梁可以相当于混凝土梁和等效截面特征所示以下方程:
在公式(
当横向惯性矩的计算整个核心筒部分,辅助钢梁的高度保持不变,并辅助钢梁的宽度相当于辅助钢梁的高度根据混凝土的弹性模量之比和钢。同样,垂直转动惯量计算通过改变辅助钢梁的高度根据弹性模量的比值。因此,采取辅助钢梁的等效截面参数和原始<我talic> T我talic>梁作为一个整体,横向和垂直转动惯量<我talic> T我talic>梁加强辅助计算钢梁。
摘要混凝土等级的<我talic>
T我talic>梁网,和弹性模量<我nline-formula>
前后t形梁的横截面特征辅助钢梁的加固。
| 强化国家 | ||
|---|---|---|
| 在强化 | 1.1104 | 0.1708 |
| 强化后 | 1.3881 | 0.2778 |
为了验证模型的可靠性,计算条件(
垂直动态挠度的计算和实验值和中间横向振幅加固前后梁的跨度。
| 加强国家 | ||||
|---|---|---|---|---|
| 计算值 | ||||
| 在强化 | 12.38 | 11.98 | 1.14 | 1.24 |
| 强化后 | 11.47 | 11.02 | 0.93 | 0.94 |
表
垂直动态deflection-time历史曲线辅助加固前后钢梁。
横向amplitude-time历史曲线辅助加固前后钢梁。
脱轨系数、轮载荷还原速度是传统安全指标评价列车运行(
标准的FTTB系统的横向振动的稳定性,<我nline-formula>
之间的关系<我nline-formula>
图
然后,可以列出能量增量的计算公式,分别根据的图像<我nline-formula>
在公式(
公式(
与此同时,<我nline-formula>
在公式(
在这一点上,我们可以确定<我nline-formula>
基于上述思想,FTTB系统的空间振动响应正常驾驶条件下计算与实际速度<我talic>
V我talic>不到<我nline-formula>
对运行安全评价方法和辅助梁钢筋的动态响应。
根据脱轨事故和理论计算结果,空的车辆更容易破坏(
在计算FTTB系统的横向振动的稳定性,50公里/小时的速度作为起点。考虑计算和测试误差,FTTB的横向振动稳定性系统检查和计算一次每10 km / h增加车辆的速度。根据图的评价方法
的关系<我nline-formula>
计算结果的横向振动的稳定性FTTB系统前后辅助梁钢筋。
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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| 是否稳定 | 是否稳定 | ||||||||
| 140年 | 302年 | 23 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 380年 | 15 | < 0 | 没有 |
| 130年 | 279年 | 26 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 365年 | 29日 | > 0 | 是的 |
| 120年 | 253年 | 59 | 310年 | 55 | < 0 | 没有 | 336年 | 66年 | > 0 | 是的 |
| 110年 | 194年 | 31日 | 255年 | 36 | > 0 | 是的 | 270年 | 33 | > 0 | 是的 |
| One hundred. | 163年 | 18 | 219年 | 19 | > 0 | 是的 | 237年 | 25 | > 0 | 是的 |
| 90年 | 145年 | 19 | 200年 | 23 | > 0 | 是的 | 212年 | 22 | > 0 | 是的 |
| 80年 | 126年 | 36.6 | 177年 | 40 | > 0 | 是的 | 190年 | 43 | > 0 | 是的 |
| 70年 | 89.4 | 20.9 | 137年 | 24 | > 0 | 是的 | 147年 | 22 | > 0 | 是的 |
| 60 | 68.5 | 17.0 | 113年 | 21 | > 0 | 是的 | 125年 | 23 | > 0 | 是的 |
| 50 | 51.5 | - - - - - - | 92年 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - | 102年 | - - - - - - | - - - - - - | - - - - - - |
如图
表
采取<我nline-formula>
FTTB系统的振动响应计算结果的作用下空和装载加固前后车。
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|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| E | |||||||||||||||||
| 60 | 一个 | 2.12 | 0.88 | 3.07 | 11.74 | 26.37 | 23.25 | 2.77 | 11.14 | 0.57 | 0.49 | 1.54 | 0.98 | 4.11 | 3.45 | 2.39 | 3.18 |
| B | 1.73 | 0.55 | 2.78 | 10.52 | 22.87 | 21.71 | 2.58 | 10.63 | 0.48 | 0.43 | 1.37 | 0.86 | 3.72 | 3.09 | 2.14 | 2.92 | |
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| 70年 | 一个 | 2.20 | 1.15 | 3.25 | 12.38 | 30.23 | 26.16 | 2.83 | 11.81 | 0.62 | 0.59 | 1.62 | 1.07 | 4.32 | 3.75 | 2.46 | 3.37 |
| B | 1.81 | 0.93 | 2.98 | 11.48 | 27.32 | 24.76 | 2.68 | 11.18 | 0.54 | 0.49 | 1.45 | 1.01 | 3.97 | 3.49 | 2.38 | 3.06 | |
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| 80年 | 一个 | 2.52 | 1.49 | 3.61 | 13.46 | 37.31 | 29.85 | 2.99 | 12.31 | 0.77 | 0.64 | 1.76 | 1.19 | 4.43 | 3.96 | 2.63 | 3.53 |
| B | 2.18 | 1.41 | 3.32 | 11.52 | 34.12 | 28.02 | 2.84 | 11.64 | 0.69 | 0.52 | 1.59 | 1.14 | 4.11 | 3.67 | 2.43 | 3.28 | |
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| 90年 | 一个 | 3.15 | 1.72 | 3.71 | 15.14 | 45.83 | 31.81 | 3.27 | 13.14 | 0.85 | 0.70 | 1.93 | 1.29 | 4.54 | 4.13 | 2.79 | 3.64 |
| B | 2.77 | 1.64 | 3.49 | 13.53 | 42.51 | 30.27 | 3.11 | 12.63 | 0.78 | 0.57 | 1.77 | 1.23 | 4.23 | 3.86 | 2.62 | 3.39 | |
图
图
图
图
数据
数据
为了反映时间历史响应加固前后上述指标的变化,针对不同的反应<我talic>
V我talic>= 80 km / h列出如图
FTTB系统空间振动响应的作用下加固前后空马车。(一)随时间的变化曲线<我nline-formula>
FTTB系统空间振动响应之前和之后的强化作用下加载的火车。(一)随时间的变化曲线<我nline-formula>
基于FTTB的空间振动计算模型系统和列车脱轨能量随机分析方法,FTTB系统的空间振动计算模型条件下的辅助建立梁钢筋,然后对运行安全评价方法和动态响应辅助梁钢筋。antiderailment容量的影响,临界转速,容许极限速度,FTTB系统的空间振动响应进行了分析。得到了以下结论:
通过比较分析,模型的计算结果与文献中的试验结果基本上是一致的,验证了模型的合理性。
结果表明,antiderailment FTTB系统的能力提高了22.6%;辅助钢梁的加固之前,临界转速和容许极限速度115.56公里/小时和92.49 km / h,分别在强化后,临界转速和容许极限速度132.73公里/小时和106.18 km / h,分别;临界速度和辅助钢梁的容许极限速度增加了14.8%。
空马车的作用下,中跨梁的横向振幅和垂直动态偏转身体,车身的横向位移和垂直位移,减少轮载荷率、脱轨系数、横向和纵向斯珀林稳定指数增加随着车速的增加;辅助钢梁钢筋后,上述指标的最大值降低了12.1%,5.9%,13.3%,4.8%,8.2%,8.3%,6.8%,和6.1%,分别。FTTB系统的横向振动响应的作用下空马车大大影响辅助钢梁的加固,可以满足运行的要求稳定在90 km / h的速度。
装载车的作用下,中跨梁的横向振幅和垂直动态偏转身体,车身的横向位移和垂直位移,减少轮载荷率、脱轨系数、横向和纵向斯珀林稳定指数增加随着车速的增加;辅助钢梁钢筋后,上述指标下降了4.6%,10.6%,4.8%,3.9%,18.6%,4.3%,6.5%,和6.7%,分别。当速度是90公里/小时,辅助钢梁的加固FTTB的垂直振动响应有很大影响系统装载车的作用下,可满足运行的要求以90 km / h的速度稳定。
上述方法和结果可以为评估和加固措施的制定提供参考与脱轨预防功能和会议的要求驾驶的稳定性。
所有生成的数据或分析在此研究中发表文章。
作者宣称他们没有利益冲突有关的出版。
这项研究是由中国国家自然科学基金资助(51578238和51578238),中国自然科学基金委员会和神华集团有限公司(U1261113),江西省的主要研究和开发计划(20181 bbe50013),江西省教育和科技部门(GJJ170392)。